`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Вторая жизнь ЭЛТ

0 
 

Создание дисплеев, использующих эффект зонного излучения (Field Emission Displays, FED), о которых идет речь, началось в 1990 г. Едва ли не единственными устройствами отображения видео, доступными широким слоям покупателей, на тот момент являлись мониторы и телевизоры с ЭЛТ. Однако грядущий предел технологического развития последних стал очевиден многим поставщикам, и некоторые из них начали инвестировать средства в производство LCD-матриц. Те, кто вовремя не успел найти альтернативные ниши, рисковали рано или поздно покинуть такой многообещающий с точки зрения прибыли сегмент, как дисплеи. Неудивительно, что в FED -- новой разработке французской Laboratorie d'Electronique de Technologie et d'Instrumentation (LETI), представленной в 1991 г., -- многие усмотрели выход из сложившейся ситуации. Причем ряд экспертов считал FED более близким, чем LCD, будущим для телевизоров и компьютерных мониторов.

В мире матриц

По принципу действия FED весьма похожи на традиционные ЭЛТ-дисплеи. В последних, как известно, применяются один-три горячих катода, излучающих электроны на слой люминофора. В FED используется этот же эффект, но, в отличие от ЭЛТ, "зонные" дисплеи предполагают размещение на плоской подложке нескольких тысяч катодов, каждый из которых испускает электроны на определенную зону люминофора, соответствующую пикселу или одному из субпикселов RGB.

Вторая жизнь ЭЛТ
Конусы Спиндта размещались с помощью фотолитографии в заранее созданных ячейках

В разработке LETI использовались так называемые холодные катоды Спиндта, названные в честь Чарлза Спиндта (Charles Spindt), директора программ вакуумной микроэлектроники Stanford Research Institute. В начале 60-х годов прошлого века этот ученый описал процесс испускания электронов молибденом в вакуумной среде. Технология производства дисплеев, разработанная LETI, позволяет размещать в заранее созданных на подложке углублениях микрочастицы молибдена в виде конусов высотой несколько микрометров. Ин-тен-сив-ность потоков электронов регулировалась разностью потенциалов, подаваемых на сам катод и на прозрачный анод.

Вторая жизнь ЭЛТИспользование массивов катодов предопределило основные преимущества FED. С одной стороны, они были гораздо тоньше, чем ЭЛТ, где требовалось соблюдать достаточно большую дистанцию до люминофора для регулировки траектории электронов. FED позволили уменьшить это расстояние до 1 мм, а сам дисплей по толщине стал сравнимым с LCD- и PDP-панелями и таким же плоским. Еще одно ограничение ЭЛТ -- технологический предел размера диагонали -- тоже было снято. Площадь экрана FED ограничивалась лишь экономическими соображениями.

С другой стороны, FED имеет положительные качества ЭЛТ, отсутствие которых обычно "ставят в вину" LCD-мониторам. Прежде всего -- это более естественная цветопередача, угол обзора 180° и сверхмалое время отклика в 2--3 мс. Плюс ко всему FED по своей природе являются светоизлучающими и, в отличие от отражающих (пропускающих) свет LCD, обладают большей яркостью и меньшим энергопотреблением (их эффективность составляет примерно 15--20 лм/Вт вместо 4--6 лм/Вт у ЖК-экранов). Иными словами, новым дисплеям были свойственны габариты LCD и качество изображения ЭЛТ -- то, чего ждут многие пользователи.


Волна первая: холодные катоды

Вторая жизнь ЭЛТ
Этот 12,1­дюймовый дисплей PixTech создавала для военных
После того как LETI продемонстрировала прототип FED-дисплея, она продала патенты ряду производителей электроники. В 1991 г. несколько из них учредили компанию PixTech с офисами во Франции и США, на которую была возложена задача коммерциализации FED. В этом же году в США начала работу еще одна компания -- Candescent Technologies, назвавшая свою разработку ThinCRT. В списке стратегических партнеров фирмы фигурировали HP, Compaq и Sony.

Процесс производства ThinCRT несколько отличался от того, что предлагала PixTech. Изготовление катодов Спиндта предполагало применение довольно дорогостоящей фотолитографии. Кроме того, в дисплеях использовались достаточно сложные микросхемы, требующие высокого управляющего напряжения. Ис-сле-дования Candescent показали, что от этих недостатков можно избавиться, если уменьшить все элементы системы примерно в десять раз. Компания запатентовала технологию создания матриц на стеклянной подложке, в которых напротив каждого субпиксела размещались до 4500 плоских катодов. Такая избыточность допускала большое число неактивных эмитентов и удешевляла производство дисплеев.

PixTech и Candescent выпустили ряд прототипов FED с диагональю от 4 до 13 дюймов, в том числе цветных. К тому же за несколько лет у них появились лицензиаты, среди которых -- Motorola. В 1990 г. она анонсировала весьма амбициозную программу по производству FED, рассчитывая применять их, в частности, и в своих мобильных телефонах.

Первые заказы на новые дисплеи, как, впрочем, и на многие другие передовые продукты, были получены от Министерства обороны США. Ими предполагалось оснащать специальные "полевые" ноутбуки, панели управления танков Abrams M1A2, а также кабины боевых самолетов. В середине 90-х PixTech получила более 6 млн. долл. от DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), отвечавшего за адаптацию передовых технологий для нужд обороны. Однако выпустить готовый продукт, пригодный для заказчика, PixTech смогла лишь в 1999 г., тогда был представлен 12,1-дюймовый монохромный XGA-дисплей. После этого компания получила еще один денежный транш в размере 3,4 млн. долл. на дальнейшие исследования в области оборонных технологий. Но уже в мае 2001 г. несколько военных агентств, включая DARPA, подготовили отчет для МО США, в котором были подробно описаны перспективные для военных нужд разработки в области дисплеев. В нем, в частности, говорилось, что в существующем виде FED не пригодна для применения в боевой технике, а среди заслуживающих наибольшее внимание отмечались AMLCD и OLED. В чем же причина столь быстрой смены приоритетов?

Вторая жизнь ЭЛТВ середине 90-х и PixTech, и Candescent принялись экспериментировать с составляющими люминофора, повышая уровень светоэмиссии. Однако ни одна компания не достигла такой важнейшей коммерческой характеристики дисплея, как длительный срок работы FED. При их производстве не удалось исключить проникновение мелких частиц пыли и газов во внутреннее пространство, которое должно оставаться вакуумным. Электроны на своем пути от катодов к люминофору сталкивались с этими частицами, что быстро портило цветопередачу, снижало яркость и контрастность. Из-за большого количества брака себестоимость одного FED-дисплея была настолько высока, что делала их коммерчески бесперспективными, особенно на фоне совершенно неожиданных для индустрии темпов удешевления ЖК-панелей в 1997--1998 гг.

Объемы инвестиций в разработку FED первого поколения постепенно сокращались. Если в период 1995--1998 гг. компаниям, владеющим патентами, удавалось привлекать от 8 до 40 млн. долл. ежегодно, то к 2000 г. ряды инвесторов заметно поредели. В 2001 г. свои работы над производством FED свернула Cаndescent, а еще год спустя прекратила деятельность и PixTech. Motorola, в 1995 г. выделившая направление FED в отдельный дивизион, в начале 1998 г. закончила строительство пилотной фабрики по выпуску FED площадью 25,5 тыс. м2 и представила свой первый дисплей. Но уже в середине 1999 г. компания снизила активность, а в 2000 г. полностью свернула производство FED по методике LETI/PixTech.


Волна вторая: углеродные нанотрубки

Несмотря на столь печальный опыт пионеров, новые дисплеи попали в сферу интересов нескольких азиатских организаций. В 1995 г. Корейский институт науки и технологий (KIST), Институт электроники и телекоммуникаций Кореи (ETRI) и Тайваньский национальный институт технологий анонсировали собственные программы развития FED, нашедшие поддержку на государственном уровне.

Единственной японской компанией, начавшей осваивать FED, стала Futaba, в то время не выделявшая инвестиций на LCD. Вскоре технологией заинтересовались и другие крупные поставщики дисплеев из Страны восходящего солнца. Многие из них испытывали проблемы от низкой прибыльности производства LCD-панелей, поскольку вынуждены были равняться на довольно низкие цены корейских и тайваньских поставщиков.

Принималось в расчет и то, что Япония в середине 90-х годов являлась крупнейшим производителем плазменных панелей, а процессы создания управляющих микросхем PDP с небольшими изменениями можно было применять для выпуска электроники FED, что существенно снижало первичные вложения в новое направление.

Что же касается выпуска самих FED-матриц, то с 1997 г. в качестве катодов в них начали использовать пучки углеродных нанотрубок, выращиваемых на подложке. Сперва на нее наносится графитовый порошок, зерна которого имеют размеры 3--5 нм, а затем панель обрабатывается при определенных температуре и давлении. В течение нескольких минут зерна образовывают волокна до 10--30 нм в сечении и до 100 нм в высоту, способные испускать электроны в вакуум под воздействием разности напряжений на катоде и аноде.

Вторая жизнь ЭЛТ
Прототип CNT FED, разработанный Samsung Advanced Institute of Technology

FED с нанотрубками оказались вполне стабильными (срок их службы достигает 20 тыс. часов) и настолько выгодными в производстве, что стоимость дисплеев с 30-дюймовым экраном обещала стать на 30% ниже самого дешевого ЖК-монитора такой же диагонали. Собственные программы по разработке панелей на углеродных нанотрубках (так называемые CNT FED -- Carbon NanoTubes Field Emission Display) ведут сейчас многие компании. Среди них -- лаборатория Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT), Fujitsu, Hitachi, LG, Philips, Mitsubishi, Pioneer, Canon и Toshiba. Возродила свою программу и Motorola, переведя ее на новые рельсы. В 2003 г. она показала созданный ею первый CNT FED-дисплей с диагональю 6", сообщив о планах создания 15-дюймовой панели.


Альтернативные FED

Вторая жизнь ЭЛТ
дисплей от PFE образца 1999 г.
Несмотря на все преимущества нанотрубок, выстроить их строго перпендикулярно по отношению к плоскости подложки, обеспечить равномерную эмиссию электронов и, следовательно, яркость пока не представляется возможным. Принимая в расчет эти нюансы, некоторые компании избрали свой способ создания FED. Например, Matsushita применяет электрохимическую технологию, включающую процесс фотолитографии, а Sony модернизировала разработку Candescent. В 2001 г. компания представила 13,2 дюймовый FED-дисплей, заявив о планах выпустить в 2004 г. 15- и даже 40-дюймовые панели.

От "традиционных" путей создания FED-дисплеев в наибольшей степени отличается разработка PFE -- фирмы, основанной в 1995 г. и расположенной в Оксфордшире (Великобритания). Компания внедряет процесс печати катодов с помощью чернил на основе боросиликатов, которые наносятся на подложку специальным принтером и после термообработки образуют испускающий электроны слой толщиной около 100 нм.

PFE назвала дисплеи Printable Field Emitting Displays (pFED) и начиная с 2002 г., когда был выпущен первый образец с разрешением QVGA, занялась масштабной пропагандой своего детища, проводя презентации на каждом более или менее значимом меро-приятии индустрии средств отображения. В 2003 г. на SID (Society for Information Display) специалисты PFE утверждали, что производство 40-дюймовых pFED примерно на треть дешевле PDP и почти наполовину -- LCD с такой же диагональю. Пока, правда, компания показала лишь монохромное устройство, однако к 2010 г. она планирует представить полноцветный 42-дюймовый pFED, себестоимость которого составит $460 при объеме выпуска всего 40 тыс. экземпляров.


Общие перспективы

Скептицизм в отношении перспектив FED, даже несмотря на наличие государственной программы развития этой технологии, высказывают лишь тайваньские компании. Так, например, представитель Chi Mei Optoelectronics считает, что она безвозвратно упустила момент выхода на рынок, уступив место LCD и PDP. Его поддерживают топ-менеджеры HannStar Display и Chunghwa Picture Tubes (CPT). Однако следует учитывать, что эти и другие тайваньские фирмы не так давно инвестировали колоссальные средства в расширение мощностей по производству PDP, а также в строительство фабрик шестого поколения, выпускающих LCD-панели. Поэтому говорить о том, что FED в скором времени займут значительную долю рынка дисплеев им совершенно невыгодно.

Как бы там ни было, судя по прогнозам Министерства экономики, торговли и промышленности Японии, к 2010 г. мировой объем продаж FED-дисплеев, созданных на базе актуальных к тому времени технологий, вырастет до 5--22 млрд. долл., превысив продажи плазменных панелей (их будет реализовано всего на 2--6 млрд. долл.). При этом средняя розничная цена 42-дюймовой FED составит $450, тогда как стоимость PDP с такой диагональю к указанной дате опустится лишь до $680, а LCD будут стоить еще на 10--15% дороже.


Характеристики 50-дюймовых дисплеев, которые планируется
достигнуть к 2010 г. (по прогнозам METI)
Характеристика LCD PDP CNT FED OLED
Потребляемая мощность, Вт 100 120 70 70
Угол обзора, град. 160-170 180 180 180
Срок службы, тыс. ч 60 20 20 8
Время отклика, мс 10 8 2 0,001
Разрешение, точек на дюйм 60 40 50 более 70
0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT